我國智能溫室的研究現(xiàn)狀

近期工作匯報(bào)指導(dǎo)老師：房建東學(xué)生：陳克忠日期：2015年10月26日——閱讀論文總結(jié)，課題初步方向點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本目錄溫室環(huán)境智能監(jiān)控研究現(xiàn)狀溫室環(huán)境智能監(jiān)控方案總結(jié)我國溫室農(nóng)業(yè)發(fā)展概況課題方向點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1我國溫室農(nóng)業(yè)發(fā)展概況

近年來我國溫室農(nóng)業(yè)得到了快速發(fā)展，截至2012年，面積已達(dá)到了362萬hm2占世界的89.3%；其中代表設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的玻璃溫室面積接近9000hm2，占世界玻璃溫室面積的22.5%。與此同時(shí)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)、信息處理、決策服務(wù)等智能化技術(shù)越來越多地應(yīng)用于溫室管理中，尤其是近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，更加促進(jìn)了溫室智能化管理技術(shù)的發(fā)展。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本溫室環(huán)境決策調(diào)控溫室環(huán)境數(shù)據(jù)處理溫室環(huán)境信息獲取2溫室環(huán)境智能監(jiān)控的研究現(xiàn)狀點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.1溫室環(huán)境信息獲取

溫室環(huán)境信息獲取方面，研究初期主要采有線傳輸方式，如朱偉興等人設(shè)計(jì)了以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)、MCS-51單片機(jī)為下位機(jī)的智能溫室群集散控制系統(tǒng)就是運(yùn)用RS232/RS422有線傳輸環(huán)境信息。其設(shè)計(jì)整體框圖如圖1.圖1朱偉興等設(shè)計(jì)的硬件整體框圖點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本再如懂喬雪等人設(shè)計(jì)的“溫室計(jì)算機(jī)分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)”

采用總線式RS-485通信網(wǎng)絡(luò)和逐級驗(yàn)證的通信算法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信結(jié)構(gòu)圖及總體框圖如圖2、3。圖2懂喬雪等設(shè)計(jì)的通信硬件系統(tǒng)框圖圖3懂喬雪等設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本近年來國內(nèi)外在溫室環(huán)境無線測控技術(shù)方面開展了相關(guān)研究工作，主要是采用

2G、3G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、Zigbee、藍(lán)牙和Wi-Fi等方式進(jìn)行信息的傳輸。其中2G、3G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要適用于遠(yuǎn)距離信息傳輸，Zigbee、藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)用于短距離信息傳輸領(lǐng)域。如張猛等設(shè)計(jì)的“基于ZigBee和Internet的溫室群環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)”就是運(yùn)用了無線傳輸技術(shù)，其設(shè)計(jì)整體框圖如圖4。圖4張猛等設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本再如王斌等設(shè)計(jì)的“基于GPRS技術(shù)日光溫室綜合環(huán)境集散控制系統(tǒng)”

該系統(tǒng)主要由３部分組成：溫室綜合環(huán)境監(jiān)控模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、基于WEB的溫室群監(jiān)控中心模塊。整體設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。圖5王斌等設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.2溫室環(huán)境數(shù)據(jù)處理由于溫室測控系統(tǒng)服務(wù)于多個(gè)溫室，范圍廣，環(huán)境參數(shù)復(fù)雜，為了提高采集數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性，大多數(shù)設(shè)計(jì)都采用了一定的方法將采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如程曼等在“基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的溫室環(huán)境控制的研究”

一文中描述的，在多傳感器采集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,利用最小距離聚類法確定各傳感器融合的次序,提高數(shù)據(jù)融合結(jié)果的客觀性。器設(shè)計(jì)的整體框圖如圖6。圖6程曼等設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本再如張韓飛等在“多傳感器信息融合在溫室濕度檢測中的應(yīng)用”一文中采用模糊C均值(FCM)聚類算法對溫室濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,

闡明了FCM算法優(yōu)于平均值算法，提高了檢測的準(zhǔn)確性。其整體設(shè)計(jì)框圖如圖7所示。圖7張韓飛等設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3溫室環(huán)境決策調(diào)控目前溫室環(huán)境優(yōu)化控制主要是依據(jù)植物生長最適宜條件或者依據(jù)環(huán)境控制成本最低來優(yōu)化。在上述兩種優(yōu)化調(diào)控方法中，由于基于生長最優(yōu)往往不是經(jīng)濟(jì)效益最好，而基于成本最低則不能保證發(fā)揮溫室增產(chǎn)潛力，所以近年來開展了將作物生長和環(huán)境調(diào)控成本相結(jié)合的控制方法研究。如朱丙坤等人在“基于節(jié)能偏好的沖突多目標(biāo)相容溫室環(huán)境控制”

一文中利用多目標(biāo)相容算法對溫室大棚進(jìn)行控制，并對遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，把節(jié)能這一偏好引入到了優(yōu)化過程中。在多沖突目標(biāo)算法中，不在追求精確的點(diǎn)目標(biāo)，而是追求次優(yōu)的區(qū)間目標(biāo)，由于控制目標(biāo)的放寬，就可以有很大的余地來協(xié)調(diào)控制精度和能耗，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本決策調(diào)控?cái)?shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)獲取3溫室環(huán)境智能控制發(fā)展方向總結(jié)點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本3.1數(shù)據(jù)獲取方面由于總線方式布線復(fù)雜且有線線路在大棚內(nèi)溫?zé)岢睗竦沫h(huán)境下容易損壞等多方面原因，使用將越來越少，取而代之的將是無線通信，包括zigbee、藍(lán)牙、WiFi等短距離無線通信和GPRS、互聯(lián)網(wǎng)等遠(yuǎn)程無線通信。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本3.2數(shù)據(jù)處理方面分布式處理將是未來的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理往往是將所有原始數(shù)據(jù)都匯聚到控終端進(jìn)行統(tǒng)一處理，這樣既加大了數(shù)據(jù)處理的難度，又浪費(fèi)了數(shù)據(jù)傳輸帶寬。所以將原始數(shù)據(jù)在采集端進(jìn)行處理或者預(yù)處理是數(shù)據(jù)處理的前提，這就需要在數(shù)據(jù)采集端加合適的數(shù)據(jù)處理硬件。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本傳統(tǒng)的溫室大棚控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理通常是將不同傳感器或者同一種類的不同傳感器獨(dú)立開來，或者只進(jìn)行簡單的均值融合，這種方法不能從整體上把握溫室環(huán)境，并且存在數(shù)據(jù)冗余。多傳感器融合技術(shù)彌補(bǔ)了上述缺點(diǎn)，多傳感器信息融合是把多個(gè)相同類型或不同類型的傳感器所提供的局部觀察量加以綜合，消除信息之間的冗余和矛盾，利用信息互補(bǔ)，形成對環(huán)境的相對完整一致的感知描述，從而提高智能系統(tǒng)決策的快速性和正確性，以及規(guī)劃的科學(xué)性。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本現(xiàn)有的溫室監(jiān)控系統(tǒng)智能化程度較低

,它們能夠自動(dòng)采集溫室內(nèi)的小氣候數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理，并且利用直接監(jiān)測數(shù)據(jù)或者經(jīng)簡單處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫室內(nèi)小氣候的調(diào)控

,但是調(diào)控的機(jī)制一般是比